Bor Atıklarının Yapı Malzemesi Üretiminde Değerlendirilmesi Utilisation Of Boron Waste In The Production Construction Materials

Transkript

1 Bor Atıklarının Yapı Malzemesi Üretiminde Değerlendirilmesi Utilisation Of Boron Waste In The Production Construction Materials i. DEMİR A.K.Ü Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bolumu, AFYON M. ORHAN Gazı Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğl Bolumu, ANKARA ÖZET: Çalışmada Kırka Boraks işletmesi bor atıkları pomza kumu ile belli oranlarda karıştırılarak plastik şekillendirme esaslarına uygun olarak örnekler hazırlanmıştır. Çalışmada kullanılan kil hammaddesinin mineralojik ve kimyasal analizleri belirlenmiştir, ön deneyler için Örnekler üzerinde şekillendirme, kurutma ve pişirme testleri uygulanarak optimum karışım oranı ve pişirme sıcaklığı belirlenmiştir. Deney örnekleri üzerinde kuruma küçülmesi, toplam küçülme, plastısite, ateş kaybı vb. fiziksel testler uygulanarak sonuçlar değerlendirilmiştir. Pişmiş örnekler üzerinde basmç mukavemeti, su emme, dona dayanım, birim hacim ağırlığı, porozite vb. deneyler uygulanmıştır. Sonuçta ağırlıkça belli oranlarda pomza kumu ile karışım yapılarak 9 C de pişirilmesi ile hafif ve gözenekli yapı blokları üretilebileceği belirlenmiştir. ABSTRACT: In this study, pumice sand and borax waste provided from Kırka Borax Inc. was used in different mixture to prepare specimens. We followed plastic forming essentials in the preparation of the specimens. Chemical and mineralogical behaviours of the clay raw materials were analysed, in addition drying, firing, and forming tests were applied in the specimens. Optimum mixture ratio and firing temperature were analysed. Also, drying shrinkage, total shrinkage, plasticity, lost of ignition, etc. were measured and results were investigated. Finally, compressive strength, water absorption freeze test, bulk density, and porosity tests, were applied in the fired specimens. We obtained that light and porous building blocks can be produced firing at 9 C GİRİŞ Türkiye sahip olduğu bor mineralleri ve rezervlerinin büyüklüğü, minerallerin dünya pazarlarında aranılan Bor, doğada serbest olarak bulunmaz. Bor elementi, nitelikleri ve çeşitliliği açısından önemli bir doğada değişik oranlarda bor oksit (B2O3) ile konumda olup, dünya rezervlerinin yaklaşık 15'den fazla mineralin yapısı içinde yer almasına %62'sme sahiptir (Poslu ve Arslan,1995). Bu rağmen; ekonomik anlamda bor mineralleri nedenlerle bor cevherlerinin en verimli şekilde kalsiyum, sodyum ve magnezyum elementleri ile üretimi ve açığa çıkan atıklarm etkili şekilde bertaraf hidrat bileşikleri halinde teşekkül etmiş olarak edilmesi, madencilik sektörü ve ülkemi2 açısından bulunur. Bor minerallerinden ticari değere sahip önem arz etmektedir. Günümüzde atıklarm çevreye olardan; tinkal, kolemanit, üleksit, probertit, borasit, zarar vermeden uzaklaştırılması, ülke madenciliğinin szyabeîit, hidroborasit ve kernit'tir. Bor madenleri, gelişmesinin ve büyümesini etkileyen en önemli topraktan çıkarıldıktan (tüvenan cevher) sonra kırma, teknik problemlerden biri olarak karşımıza eleme, yıkama ve öğütme işlemlerim müteakip, ilgili çıkmaktadır (Sabah ve Yaşilkaya, 2). Eskişehİrsanayilerin kullanımına hazır hale gelebilmektedir. Kırka'daki tinkal cevheri dünyanın en büyük boraks Bor çok çeşitli ve "yaygın kullanım alanları ile yatağını oluşturmaktadır. B2O3 içeriği %2627 endüstrinin vazgeçilmez hammaddelerinden biridir. arasında değişen ve açık ocak işlemeciliği İle 235

2 ocaktan çıkarılan cevher, konsantratör tesisinde yıkama ve dağıtma yöntemi ile zenginleştirilerek tenoru %3234 B2O3 seviyesine çıkartılmaktadır. Cevherde tinkal mineralinin yanında suda çözünmeyen safsızlıklar da bulunmaktadır. Bu safsızlıklarm dolomit ve montmorillonit üpî kilden oluştuğu bilinmektedir {Mordoğan vd, 1995; Bulutçu vd, 1998; Eti Bor A.Ş., 1998). Eti Bor A.Ş Genel Müdürlüğü Kırka Boraks İşletmesi Konsantratörü ve Bor Türevleri Tesisinde tinkal konsantresi ve boraks pentahidrat üretimi yapılırken önemli miktarda (4. ton/yıl) atık ortaya çıkmaktadır (Yarmk vd., 1995). Son yıllarda göletlerde biriken katı atıkların değişik üretim proseslerinde hammadde yada katkı maddesi olarak kullanımına yönelik çalışmalar olumlu sonuçlar vermektedir (Mordoğan vd., 1995; Sönmez vd., 1993; Sönmez ve Yorulmaz, 1995; Ediz ve Özdağ, 1995; Yaman ve Marşoğlu, 1998; Genç vd., 1998; Sevim, 1998; Fındık 1998.). 2. MATERYAL ve METOT 2 Ï. Çalışmada kullanılan hammaddeler Çalışmada Eti Holding Kırka Boraks işletmesi tinkal konsantratör atığı, tuğla kili ve pomza kumu kullanılmıştır. Konsantratör atığın kimyasal bileşimi Çizelge l'de, tuğla kili ve pomza hammaddesinin kimyasal bileşimi Çizelge 2'de verilmiştir. Kil, bor atığı ve pomza numunelerinde tuğla üretimi için zararlı olabilecek miktarda bileşiğe rastlanmamıştır. Kil numunesinin X ışınlan kırınımı incelemesinde kalsit, kalsiyum karbonat, klınoklar, kaolin, muskovıt ve kuvars mineralleri belirlenmiştir 2.2. Deney Örneklerinin üretimi Çalışmadan karşılaştırmalı sonuçlar alabilmek için üç ayrı seride deney örneği Üretilmiştir (ÇİZ. 3). Örnek üretiminde kullanılan bor atığı ve tuğla kili labaratuvar tıpı merdanelı ezicide ezildikten sonra 1 mm'iik elekten elenmiştir. Pomza ise ezicide 2 mm açıklığa ayarlı merdaneden geçirildikten sonra 2 mm'iik elekten elenerek kullanılmıştır. Belirtilen oranlarda alınan malzemeler kuru karışım yapıldıktan sonra su ilave edilerek plastik kıvama gelinceye kadar el ile yoğrulmuştur. Plastik kıvamda hazırlanan karışım 2 mm çapında silindink çelik kalıpta plastik şekillendirme esaslarına uygun olarak yeterli sayıda deney numunesi üretilmiştir. Numuneler 2 mm çap ve 4 mm boyunda hazırlanmıştır. Çizelge I Konsantre tinkal, kıl pestil] ve elek üstü atıkların kimyasal yapısı (Soner vd, 22; Şölenay, 22) Oksit B 2 3 Sİ 2 AI2O3 CaO MgO K 2 Na 2 Fe 2 3 Tİ 2 Kızd.K. Konsantre Tinkal 35,8 7,53,82 7,6 6,35,47 17,15,22 22,9 Kil Pestili 12,9 15, ,8 13,37 21,58 Çizelge 2 Tuğla kılı ve pomzanın kimyasal bileşimi. Elek Üstü 22,84 12,95 1,11 1,85 9,48,82 11,58,25,2 25,76 Oksit Si 3 A1 2 3 CaO' MgO K 2 Na 2 S 3 FeîOj Ti 3 Kızd K. TOPL. Tuğla kili Pomza Şekil I Tuğla kıl örneklerin X ışınlan dıraktogramı (C Kalsit, Ca CaC 3. d: Klınoklar, K Kaolin, MMuskovıt QKuvars) 236

3 Çizelge 3. Numune karışım oranian Seri Kodu A B C Bor atığı 1/ Kurulma ve pişirme Pomza 1/2 Tuğla kili 1 Deney örnekleri 24 saat normal hava koşullarında bekletildikten sonra değişmez ağırlığa gelinceye kadar ortalama 12 saat 11 C'de etüvde kurutulmuştur. Kurutma işlemi sonunda örneklerin kuru tartılan ve boyut ölçümleri kaydedilmiştir. Her seride yeterli sayıda örnek 9 ve 1 C sıcaklıkta zaman ayarlı elektrikli fırında ve maksimum sıcaklıkta 3 dakika bekletilerek pişirilmiştir. Numuneler soğuduktan sonra oda sıcaklığına (+ 21 C) getirilmiş ve,1 gr hassasiyetli terazide tartımlan yapılmıştır. Deney örneklerine mekanik ve fiziksel testler uygulanmıştır. bağlı olarak gözenek miktarındaki azalmadan kaynaklandığı düşünülmektedir. (C) serisinde en yüksek porozite değeri elde edilmiştir. Buna karışıma giren pomza miktarındaki artsın sebep olduğu düşünülmektedir. Pişme sıcaklığının artması porozite değerlerini azaltmıştır. Porozite değerlerindeki artış su emme oranım artırmakla birlikte pomzanın küçük gözenekli yapısı nedeniyle ısı yalıtımı bakımından olumlu etki yapması beklenmektedir. Hacim ağırlığı değerleri 1,73 ile 1,32 gr/cm 3 arasında değişmektedir. Pomza katkı deney örneklerin birim hacim ağırlığı değerlerinde azalmaya yol açmıştır (Şek. 3). 3. BULGULAR Çalışmadan elde edilen bulgular ve tartışma bu bölümde verilmiştir, örneklerde herhangi bir kuruma arızasına rastlanmadığı gözlenmiştir. Pişme sonrası deney örnekleri incelenmiş ve kırılma, dağılma, çatlama vb. pişirme arızalarının oluşmadığı belirlenmiştir. 3.1.Deney Örneklerinin fiziksel ve mekanik özellikleri Su emme değeri en küçük (B) serisinde %15,1 ve en çok (C) serisinde %28,4 olarak elde edilmiştir (Şek. 4). Buna (B) serisinde bor atığının sinterleme sıcaklığını düşürmesi ile daha çok camsı faz oluşması ve açık gözenek oranının azalmasının sebep olduğu düşünülmektedir. Katkısız (A) serisi Örneklerin porozite değerleri % 34,3 ve 32,5, (B) serisinde %21,4 ve 24,6 ve (C) serisinde % 38,6 ve 33,4 olarak elde edilmiştir (Şekil 2). En küçük porozite değerleri (B) serisinde elde edilmiştir. Bunun tuğla kili ve bor atığın sinterleme aşamasında camsı faz miktanm artırması ve buna Şekil 4. Su emme değ. Şekil 2 Porozite değerlen Katkısız (A) serisine göre pomza katkılı (B) ve (C) serilerinde basınç dayanımı değerleri belirgin biçimde azalma göstermiştir (Şek. 5). Pomza katkı oranlarının artması basınç dayanım değerlerini azaltmıştır. 237

4 4. SONUÇLAR Şekil 5 Basınç dayanım değ Buna pomza katkının gözenek miktarım artırmasının neden olduğu düşünülmektedir. Smterleme sıcaklığının artması basınç dayanımı değerlerinde artış sağlamıştır. Görünür yoğunluk değerleri en yüksek A serisinde 2,64 gr/cm* ve en küçük değer C serisinde 2,1 gr/cm 3 olarak elde edilmiştir (Şek. 6). Görünür yoğunluk değerine etki eden ıkı faktör gözlenmiştir. Bunlardan biri pomza katkı oram olup; katkı oranı arttıkça görünür yoğunluk değerlerinde azalma belirlenmiştir. Diğer etken pişirme sıcaklığıdır. Sıcaklık artışı görünür yoğunluk değerlerini azaltmıştır. Buna sinterleme sıcaklığındaki artış ile birlikte açık gözeneklerin önemli oranda kapanarak azaldığı ve kapalı gözenek miktarında artışa neden olduğu düşünülmektedir. Dona dayanım testi sonunda örnekler üzerinde kopma, dağılma, parçalanma vb. hasarların oluşup oluşmadığı gözle muayene edilerek kontrol edilmiştir. Önemli sayılabilecek hasarlara rastlanmamıştır. Pişmiş örneklere zararlı kireç ve manyezi deneyi uygulanmıştır. Bunun için örnekler, içinde oda sıcaklığında su bulunan su kabına ve tamamen su altında kalacak şekilde yerleştirilip bu şekilde 24 saat bekletildikten sonra, kap bir ısı kaynağının üzerine konularak kaynamakta olan su kabı içinde 2 saat süre ile tutulmuştur. Daha sonra, sudan çıkarılıp gözle muayene edilmiştir. Önemli sayılabilecek çatlama, kopma, pullanma, dağılma vb hasarların oluşmadığı gözlenmiştir Bor atıklarının çevreye zarar vermeden yeni ürünlerin üretiminde değerlendirilmesi Önem taşımaktadır. Bu çalışmada bor atığı malzemenin pomza kumu ile karışımı yapılarak hafif yapı bloğu Üretilmesi araştırılmıştır. Pomzanın bor atığı ile ağırlıkça %5 oranında karışım yapılarak 9 C sıcaklıkta pişirilmesi ile porozitesı yüksek, birim hacim ağırlığı düşük (hafif) bir malzeme üretilebileceği belirlenmiştir. Pomza kanşmüı (C) serisi deney örneklerinde yüksek porozite ve düşük birim hacim ağırlık değeri elde edilmiştir. Buna göre Ürün bünyesinde oluşan yüksek porozitenin normal yapı tuğlalarına göre önemli ölçüde ısı yalıtım özelliği kazandıracağı düşünülmektedir. Labaratuvar çalışmasında elde edilen bu bulguların sanayi ölçeğinde uygulanması ve ısı yalıtım değerlerinin hesaplanması konusunda ayrı bir çalışmanın yapılması yararlı olacaktır KAYNAKLAR Ateşok, G, 1987 Polımerlenn Cevher Hazırlamadaki Yeri Kullanım özelliklen, TMMOB Madencilik Dergisi, Cilt 24, Sayı 3, Ankara, 1522 Bulutçu, A, N, Tûrkay, S, Gürbüz. H, & Yavaşoglu, N, 1998 Tınkat Cevherinin Zengınlestınlmesınde Organik Maddelerin Etkisi, 2 Uluslararası Cevher Hazırlama Sempozyumu, İzmir, Edız, N, & Özdag, H, 1995 Kırka Boraks İsletmesi Atık Kıüermm Tuğia yapımında KuUamlabüıriuığmm t Araştırılması, TMMOB Madencilik Dergisi, Cilt 34, Sayı 4, Ankara, 2734 Fındık, N, Eti bank Kırka Boraks İşletmesi Atıklarının Sır olarak Kullamlabılırlılıgının Araştırılması, 1998 Ynksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bılımlen Enstitüsü, Sakarya Genç, S, Sevin, V, özşeker, A..& Çakı, M, Eubank Kırka Boraks İşletmesi Konsantratûr Atığının Su Hammaddesi Olarak değerlendirilmesi, Seramik Kongresi, Eskişehir, Gür, G, Sayan, P, Ttirkay, S & Bulutçu, A, 1993 Tınkal Cevhenndekı Killerin Flokülasyonuna Etki Eden Faktörler, 6 Ulusal Kıl Sempozyumu, İstanbul, 311 Mordogan, H, Helvacı, C, & Malayoglu, U, 1995 Bor Yatakları Kulen ve Güncel Göllerdeki Lityum Varlığı ve Değerlendirme Olanakları, Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, İzmir,

5 Poslu, K & Arslan, 1, H, 1995 Dünya Bor Mineralien Üretiminde Türkiye nın Yen Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 1995, TMMOB Maden Mühendisleri Odası, tzmır 3342 Sabah, E & Yeşılkaya, L 2 Farklı Tipte Minerallerle Kırka Boraks İşletmesi Tınkal Konsantratörü Atıklarının Çökelme Davranışının İncelenmesi, The Journal of Ore Dressing Cevher Hazırlama, sayı 3 tzmır 1 12 Sevim, T 1998 Eti bank Kırka Boraks işletmesi Atıklarının Emaye Üretiminde Kullanılabılırlılığının Araştınlması, Yüksek Lisans Tezi Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya Sönmez, E, Özdag, H, özler, A, & Sümer, G, 1993 Kırka Boraks İşletmesındekı Atık Killerin Seramik Endüstrisinde Kullanılabilirliğinin Araştırılması, 13 Madencilik Kongresi, İstanbul, Sönmez, E, & Yorulmaz S,1995 Kırka Boraks İşletmesındekı Atık Killerin Tuğla Yapımında Kullanılabdıtiıl ıgının Araştırılması, Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, TMMOB Maden Mühendisten Odası, izmir Yaman, C, & Marasoglu, M, 1998 Bor Mineralien Atıklarından Üretilen Camsı Maddenin Olası Kullanım AJanlan, 4 Seramik Kongresi, Eskişehir, Yamık, A, Tosun, 1, Y, Güneş N, & TopaL E, 1995 Kırka Boraks Aüklannın Soda Lıçı, Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, 1995, TMMOB Maden Muhend islen Odası, tzmır,